Chương 1 : TỔNG QUAN
1.2. Tổng quan kết quả nghiên cứu liên quan
Đã có nhiều đề tài nghiên cứu, các bài báo khoa học của các tác giả ngồi nước về điều khiển vị trí nghiên cứu điều khiển cơ cấu chấp hành piezo để tạo ra chuyển động có độ phân giải cỡ micron thậm chí là nanometer của máy móc, thiết bị thuộc các lĩnh vực: y học, gia cơng chính xác, lắp ráp chính xác,… Các đề tài tập trung nghiên cứu bù khâu trễ phi tuyến Hysteresis. Có 2 phương pháp được các tác giả tiếp cận để giải quyết vấn đề trên: (1) Mơ hình tốn khâu trễ phi tuyến Hysteres (gần đúng) sử dụng các thuật tốn cần có mơ hình tốn chính xác để điều khiển, (2) Sử dụng các mơ hình tốn loại bỏ khâu trễ sử dụng các thuật toán bù trễ để điều khiển.
1.2.1. Các kết quả nghiên cứu nước ngoài
Từ những năm 80, 90 thế kỉ XX, có nhiều đề tài điều khiển vị trí cơ cấu chuyển động cỡ micron, nanometer sử dụng cơ ấu chấp hành Piezo. Các tác giả đã sử dụng
nhiều lý thuyết điều khiển từ cổ điển đến điều khiển hiện đại để nâng cao độ chính xác vị trí cơ cấu như:
Điều khiển cơ cấu gia cơng siêu chính xác trên máy tiện CNC của D. Eddy [1] ứng dụng các giải thuật điều khiển PID, điều khiển đặt điểm cực (Pole Placement); A. Wonronko [2] sử dụng giải thuật SMC (Sliding Mode Controller); Martin Byung-Guk Jun [3] dùng PID, điều khiển đặt điểm cực,… Các nghiên cứu này mơ hình tốn hệ thống, sau đó tìm bộ điều khiển dựa trên mơ hình tốn, sau đó thực nhiệm kiểm chứng các bộ điều khiển đã tìm được.
Tác giả Brian Jeffrey Kenton [19] áp dụng các giải thuật open-loop smooth inputs, PID feedback, discrete-time repetitive control implemented using FPGA hardware, model-based feedforward control để điều khiển cơ cấu chuyển động Piezo ứng dụng trong kính hiển vi theo 2 chiều.
Luận văn thạc sĩ của tác giả Marwan Nafea Minjal [13] sử dụng Matlab Simulink để mơ hình hóa hệ thống dự trên mơ hình Bouc-Wen, sau đó dùng thuật tốn PSO để chỉnh định thơng số của bộ điều khiển PID. Đề tài khơng có mơ hình thật mà chỉ tập trung mơ phỏng, sau đó so sánh chất lượng bộ điều khiển với các nghiên cứu khác.
Một số hãng đã bán ra thị trường cơ cấu chấp hành Piezo các bộ điều khiển cho ví dụ Thorlabs, Piezomechanik, Norliac,… Tuy nhiên loại cơ cấu chấp hành này chỉ mới phổ biến với nhưng chủng loại điều khiển không hồi tiếp (Open-loop control). Các chủng loại điều khiển có hồi tiếp (Close-loop control) chưa có nhiều, giới hạn về hành trình và lực đẩy, đồng thời có giá thành đắt hơn rất nhiều lần so với các chủng loại không hồi tiếp.
1.2.2. Các kết quả nghiên cứu trong nước
Hiện nay trong nước đã có các nghiên cứu về cơ cấu chuyển động cỡ micron Piezo:
4
Năm 2008, Tác giả Phạm Huy Hoàng, Trần Văn Thùy [14] đã thiết kế và mô phỏng được hoạt động của cơ cấu đàn hồi\mềm bằng phần mềm ANSYS.
Nhóm tác giả Phạm Huy Hồng, Phạm Huy Tuân, Nguyễn Văn Khiển
ứng dụng cơ cấu đàn hồi để chế tạo bàn ăn dao máy tiện CNC [7], [11]. Các đề tài chủ yếu tập trung nghiên cứu thiết kế tối ưu cơ cấu đàn hồi/mềm, chưa áp dụng các giải thuật để điều khiển chính xác vị trí của bàn dao.
Tác giả Đặng Hoàng Chương [12] đã khảo sát rất kỹ lưỡng đặc tính chuyển vị của cơ cấu chấp hành piezo, trong đó quan trọng nhất là hiện tượng trễ phi tuyến hysteresis. Trong đề tài tác giả đã tổng hợp nhiều cách để mơ hình hóa được hiện tượng hysteresis như các mơ hình: Preisach, Krasnosel’skii-Pokrovskii, Prandtl Ishlinskii, Duhem, Bouc – Wen, Jilec – Atherton,… Tác giả điều khiển góc quay một cơ cấu sử dụng cơ cấu mềm và có cấu chấp hành Piezo với bộ điều khiển PID.
Gần đây khoảng 2019 đến nay nhóm tác giả Nguyễn Ngọc Sơn, Trần Minh Chính & Hồ Phạm Huy Anh [15], nhận dạng đặc tính trễ phi tuyến của cơ cấu chấp hành Piezo dùng trí tuệ nhân tạo (mạng nơ rơn và thuật tốn tối ưu).